她凭古鱼类的鼻孔研究,撼动了教科书里四足动物起源的理论

媒体上总是充斥着各种明星八卦,但最近有一位82岁的老奶奶也赢得了不少人的关注。

她在仅5分钟的演讲致辞中,随意切换五种国家语言,被戏称为遭科研”耽误“的语言学家。

她就是在2018年获得了“世界杰出女科学奖”的张弥曼。

“世界杰出女科学家”颁奖典礼

她否认了总鳍鱼具有内鼻孔的说法,从根本上动摇了总鳍鱼是四足动物祖先的权威地位。

在她60年如一日的研究当中,她为水生脊椎动物向陆生动物提供了化石证据。

当功成名就之时,她主动将自己手中最炙手可热的研究交给学生,转而开拓极少人涉足的新领域。

 

张弥曼与她的学生

张弥曼,1936年出生在浙江嵊县,其父亲是颇有建树的医学教授。

她自幼受父亲的影响,立志成为一名医生。

可在报考大学前夕,她受到国家“地质报国”的号召,不顾父母劝阻改学地质。

本来她已经做好了找矿藏、挖石油的准备,却阴差阳错被分配到了古生物学。

张弥曼的一家

当时这个专业非常冷门,张弥曼更是对它一无所知。

但她抱着求真务实的态度,认真学习与古生物有关的专业知识。

优异的成绩也使她不久之后被选拔到莫斯科大学进修学习。

 

莫斯科大学

简单来说,古生物学的研究对象就是化石。

可地球上的生物种类实在太多了,化石更是数不胜数,究竟研究哪种比较好呢?

这对于年少的张弥曼来说也很迷茫。

最后,在恩师伍献文的指引和建议下,她才选择了古鱼类研究。

留学苏联时期的合影(摄于 1960 年,前排左一为张弥曼)

苏联学成归来之后,张弥曼正式进入中科院古脊椎动物和古人类研究所工作。

作为新中国第一代地质人,她和同事们每年都要花好几个月荒郊野岭采集化石。

那时生活水平非常差,她们只能用扁担挑着35公斤的行囊,每天走将近20公里的山路。

 

野外勘查工作,后排右一为张弥曼(照片久远已破损)

更加艰苦的是,她晚上只能睡农家阁楼,垫着稻草,盖发霉的烂棉絮,任由虱子爬到身上。

因此,她每次回家第一件事就把衣服和棉被扔入大锅煮沸,晾干后再拿进屋。

 

可她从来没有想过要放弃,前前后后到九十多个地点进行考察,收集标本千余件

有了如此多宝贵的化石,但中国古生物学尚处于起步阶段,技术手段远落后于国外。

所以,张弥曼前往瑞典国家自然历史博物馆进行研究学习。

她带着收集到的中国古鱼类化石,师从当时世界古鱼类研究权威雅尔维克。

瑞典国家自然历史博物馆

自达尔文时代以来,大多数人认为包括人在内的四足动物是由水中脊椎动物鱼类逐步进化过来的。

那么问题来了,究竟哪一种鱼才是陆地脊椎动物的祖先?

几个世纪以来,科学家为此争论不休。

古鱼类的种类

对于现代鱼类而言,它们的鼻孔往往都长在外面,并不存在内鼻孔。

当水流从前面的外鼻孔流进,流经嗅囊之后,就直接从后面的外鼻孔流出。

这样一来,它们的鼻孔并没有呼吸作用,顶多充当嗅觉。

但我们知道陆地上的四足动物都是用肺呼吸的。因此,它必须要有与外鼻孔相通的内鼻孔。

这样才能使外面的空气顺利地进入到肺,保证动物对氧气的需要。

可要想让鱼类进化到陆生脊椎动物的话,就得存在一种鱼可以不用鳃直接呼吸。

这也就意味着,有没有内鼻孔是决定古鱼类能否进化成四足动物的关键特征。

以人类的鼻腔为例。左边的开口是外部鼻孔,右边的部分是内部鼻孔

张弥曼的老师雅尔维克,花了25年时间还原的总鳍鱼化石。

随后,他对其吻部构造进行了非常详细的分析,发现它们就是拥有内鼻孔的。

于是,他提出了总鳍鱼类就是四肢动物的祖先的观点。

得到人们普遍认可之后,这一权威结论还被写进了教科书。

而在我国云南东部距今4亿年前所形成的岩层里,也发现了总鳍鱼类化石。

为了纪念我国古脊椎动物的奠基者杨钟健教授,给它取名为杨氏鱼

当张弥曼目睹雅尔维克还原的总鳍鱼化石标本之后,深受震撼。

她决定从零开始进行还原杨氏鱼的研究,并借此为中国古鱼类的研究打下良好的基础。

只不过,令她没想到的是,她的研究慢慢与她老师的成果背离了。

在还原杨氏鱼的过程中,她采取的最原始的“笨方法”:连续磨片

这种方法是指将古鱼类化石封固在石膏模型中,每磨去一层就要绘制出一个截面图案。

这种方法能最详细地了解古鱼类的体内结构,其精准度就像人们了解现代鱼一样。

听起来像很简单的过程,实则是非常乏味和枯燥的。

首先,她要把化石埋在硬石膏里,然后开始研磨。

每磨一下,就要用精密的尺子量一下是否到了50毫米,这样才能保证化石磨得平。

而她要将磨好的化石放在显微镜下,利用反光镜将图像映在纸上,再用铅笔仔细描出来。

为了早日完成磨片工作,张弥曼不厌其烦地反复进行磨片、画图等,常常工作到深夜才离开实验室,连周末也没有休息。

将近两年的时间,她才最终将它磨完,并画出了将近540多张图。

她细心地把它们贴在平整的石头上,用熔化的石蜡和蜂蜡,制作出薄薄的拓片。

最后,通过将所有的剖面“拼装”成一个等比例放大20倍的标本,杨氏鱼就完整地还原出来。

 

张弥曼用连续磨片及蜡制模型的方法制成的杨氏鱼化石等比例放大标本。

紧接着,她又对各种总鳍鱼类化石进行对比研究,却意外发现杨氏鱼并没有内鼻孔。

这一结果引起师生俩的激烈争论,但张弥曼认为必须用事实说话。

 

她重新观察了雅尔维克的标本,发现内鼻孔所在的部位并不完全,有的甚至没有保存下来。

而这也大大降低了内鼻孔存在的可信度。

拉蒂迈鱼:仅存的活鳍鱼(并不存在内鼻孔)

她的一系列研究也越来越否定了她导师研究得出的结论。

之后,雅尔维克每次看到她带来的化石,颇有意见地说一声:魔鬼般的鱼。

但她的研究确实否认了总鳍鱼类有内鼻孔的传统看法,从根本上动摇了总鳍鱼是四足动物祖先的地位。 

这在全世界的古生物学中引起了很大的轰动,猛烈地冲击了当时的学术权威

 

不过直到1995年,张弥曼的观点逐渐获得学界认同。她也因此成了当今世界最受推崇地古鱼类专家。

关于她个人的一系列的荣誉和奖章接踵而至:

1991年当选为中国科学院院士。

2011年荣获芝加哥大学荣誉博士学位,

2016年获国际古脊椎动物学界最高奖——罗美尔-辛普森终身成就奖。

…..

张弥曼获得罗美尔-辛普森终身成就奖

盛誉之下,张弥曼并没有止步于此,而是毫无保留地甘当年轻人的引路人。

她主动将炙手可热的古生物领域拱手让给年轻的学者们。

在她的支持下,她的学生朱敏及其团队在自然、科学等重要刊物发表十余篇重要成果。

这些成果证明了鱼类登陆的关键环节是发生在中国云南。而张弥曼正是是这一大发现的开拓者。

晨晓弥曼鱼,学生朱敏为表示对老师张弥曼的敬重而起的

原本该安享晚年的张弥曼,又转身投入另一个极少人关注的领域:探索新生代鲤科鱼化石研究。

近年来,张弥曼和她的同事在青藏高原上发现了丰富、保存精良的新生代鱼化石。

这也将有助于揭开该地区“演化进行时”的丰富历史。

 

也许有人不明白:对古鱼类的研究跟今人生活有何关系呢?

其实除了探究生物起源外,它还能给石油与地质工作提供莫大的帮助。

 

我们知道大庆油田的发现和开发,改变了中国石油工业的落后面貌。

当时不少人都认为含油层是距今1.5亿年的早白垩纪,石油勘探也应集中在相应的地层内进行。

但张弥曼根据化石样本和东亚地区古鱼类演变规律提出,含油最丰富的地层是在距今1亿左右的晚白垩纪时代。

 

要知道,相差0.5亿年可是会让后来勘查和开采石油造成非常大的差异。

正是张弥曼等古生物学家为矿产开发所提供的理论依据,才大大增加了开采石油的效率和成功率。

大庆油田开采现场

而在2018年度“世界杰出女科学家奖”颁奖词:“她开创性的工作为水生脊椎动物向陆地的演化提供了化石证据。

 

这个奖项也是首次授予古生物学家,这对中国乃至全世界的古生物学领域来说,都有着深远意义。

 

注:世界杰出女科学奖是由联合国教科文组织与欧莱雅基金会1998年设立,每年表彰全球五位为科学进步做出卓越贡献的女性。

 

颁奖典礼上,82岁的张弥曼院士也彰显了身为女性的魅力,为时5分多钟的致辞温婉典雅、不失幽默。

 

多亏她早年游学研究的经历,她全程用英语演讲,不时夹杂着法语、俄语、瑞典语和中文。

 

此外,为了更好钻研文献,73岁的张弥曼还主动走进课堂,和20多岁的青年一起学习法语,令人折服。

 

张弥曼与其他获奖者合影

实际上,这一届世界杰出女科学家奖的名单早在2017年底就已经公布了,但她坚定地婉拒了多家媒体的采访。

 

她只是说道“我做的工作真的没什么,而且手上还有很多研究工作要做。”

 

一直以来,不少人指出普罗大众不够关爱科学家的生活。

实际上,像她这样朴素低调的科研工作者并不在意这样,更多的是专注于自己的科研工作。

当然,他们也希望更多的人去了解这些看起来熟悉却又非常陌生的研究领域。

对张弥曼来说,她最为期盼的,就是我们国家能早日建起一座国家层面的自然史博物馆。

不光有陈列、展览,还有大量研究工作做支撑,能够用科学背景去启发青少年。

 

在她看来,未来中国的科研能不断实现新的突破,走在世界的前列,才是最值得骄傲的…

 

*参考资料

许琦敏. 张弥曼  寻鱼,追溯亿年前的真相[N]. 文汇报,2011-05-17(010). 

王俊卿.总鳍鱼是四足动物的祖先吗?[J].海洋世界,1996(08):13.

易杳,顾卫临.张弥曼和她的鱼化石[J].瞭望周刊,1985(18):44-46.

风涛,赵野木.总鳍鱼是怎样上陆的?[J].化石,1975(02):13-14.

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评论 1

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  1. #1

    Hello. And Bye.

    XRumerTest3周前 (04-04)回复

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